Termodinamika. Gázok hőtágulása, gáztörvények. Az anyag gázállapota. Avogadro törvény Hőmérséklet. Tóth Mónika.

Hasonló dokumentumok
Termodinamika. Tóth Mónika

Termodinamika. Tóth Mónika

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Termodinamikai bevezető

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Légköri termodinamika

Termodinamika. Belső energia

Termodinamika (Hőtan)

Hőtan I. főtétele tesztek

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

10/21/11. Miért potenciálfüggvények? (Honnan kapta a nevét?) Termodinamikai potenciálfüggvények. Belső energia. Entalpia

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Digitális tananyag a fizika tanításához

Mivel foglalkozik a hőtan?

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Termokémia. Termokémia Dia 1 /55

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

Spontaneitás, entrópia

Termodinamika. 1. rész

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Spontaneitás, entrópia

Energia. Energiamegmaradás törvénye: Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Az energia nem keletkezik, nem is szűnik meg, csak átalakul.

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

A termodinamika törvényei

Az energia. Energia : munkavégző képesség (vagy hőközlő képesség)

Az energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

TestLine - Fizika hőjelenségek Minta feladatsor

Műszaki termodinamika I. 2. előadás 0. főtétel, 1. főtétel, termodinamikai potenciálok, folyamatok

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

A TERMODINAMIKA I. AXIÓMÁJA. Egyszerű rendszerek egyensúlya. Első észrevétel: egyszerű rendszerekről beszélünk.

Termokémia, termodinamika

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

A munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.

Megjegyzések (észrevételek) a szabad energia és a szabad entalpia fogalmához

Kérdések Fizika112. Mozgás leírása gyorsuló koordinátarendszerben, folyadékok mechanikája, hullámok, termodinamika, elektrosztatika

MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI. Termodinamika. Név: Azonosító: Helyszám: Munkaidő: 80 perc I. 50 II. 50 ÖSSZ.: 100. Javította: Képzési kódja:

1. Bevezetés. 1.1 A termodinamikai rendszer fogalma, típusai és jellemzése

gáznál = 32, CO 2 gáznál 1+1=2, O 2 gáznál = 44)

5. előadás

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

Halmazállapotok. Gáz, folyadék, szilárd

Általános Kémia, 2008 tavasz

Hőtan főtételei. (vázlat)

Klasszikus zika Termodinamika I.

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből december 8. Hővezetés, hőterjedés sugárzással

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 6.

Osztályozó vizsga anyagok. Fizika

1. feladat Alkalmazzuk a mólhő meghatározását egy gázra. Izoterm és adiabatikus átalakulásokra a következőt kapjuk:

Az anyagok lehetséges állapotai, a fizikai körülményektől (nyomás, hőmérséklet) függően. Az anyagokat általában a normál körülmények között jellemző

Művelettan 3 fejezete

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

71. A lineáris és térfogati hőtágulási tényező közötti összefüggés:

Munka- és energiatermelés. Bányai István

Termodinamikai rendszerek. Kalorimetria. Extenzív és Intenzív mennyiségek. Hőkapacitás, fajhő Mennyi a felvett hő?

gáznál = 32, CO 2 gáznál 1+1=2, O 2 gáznál = 44)

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Feladatlap X. osztály

f = n - F ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév

Műszaki hőtantermodinamika. Műszaki menedzsereknek. BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

TANMENET FIZIKA. 10. osztály. Hőtan, elektromosságtan. Heti 2 óra

Gáztörvények tesztek

Gáztörvények tesztek. 2. Azonos fajtájú ideális gáz különböző mennyiségei töltenek ki két hőszigetelt tartályt. Az egyik

Reológia Mérési technikák

Feladatok gázokhoz. Elméleti kérdések

Szabadentalpia nyomásfüggése

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 20.

A termodinamikai rendszer energiája. E = E pot + E kin + U E pot =m g h E kin =½m v². U = U 0 + U trans + U rot + U vibr + U khat + U gerj

rendszer: a világ általunk vizsgált, valamilyen fallal (részben) elhatárolt része környezet: a világ rendszert körülvevő része

összetevője változatlan marad, a falra merőleges összetevő iránya ellenkezőjére változik, miközben nagysága ugyanakkora marad.

Gázrészecskék energiája: Minél gyorsabban mozognak a részecskék, annál nagyobb a mozgási energiájuk. A gáz hőmérséklete egyenesen arányos a

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

HŐTAN. Az anyagok melegségének mérésére hőmérsékleti skálákat találtak ki:

ATMH A: / A: / A: / B: / B: / B: / HŐTAN ÍRÁSBELI RÉSZVIZSGA Munkaidő: 150 perc. Dátum: Tisztelt Vizsgázó! Pontszám: SZ: J.V.: i.j.v.

2. A termodinamika I. főtétele

Termokémia. Hess, Germain Henri ( ) A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

A hőmérséklet változtatásával a szilárd testek hosszméretei megváltoznak, mégpedig melegítéskor általában növekednek. Ez azzal magyarázható, hogy a

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

Ideális gáz és reális gázok

FIZIKA. Ma igazán belemelegszünk! (hőtan) Dr. Seres István

Átírás:

Hőmérséklet ermodinamika Hőmérséklet: Egy rendszer részecskéinek átlagos mozgási energiájával arányos fizikai mennyiség. óth Mónika 203 monika.a.toth@aok.pte.hu Különböző hőmérsékleti skálák. Kelvin skálájú hőmérő. A hőmérséklet SI egysége: Kelvin (K) fok; 0 o C=273,5 K =32 o F Az anyag gázállapota Gázok hőtágulása, gáztörvények.) A gáz részecskéi véletlenszerűen, nagy sebességgel mozognak, és teljesen kitöltik a rendelkezésükre álló teret. 2.) A részecskék között gyenge Van der waal s erők hatnak. 3.) A gázok sűrűsége és viszkozitása sokkal kisebb, mint a folyadékoké és a szilárd anyagoké. 4.) A részecskék közti távolság a méretükhöz képest nagy. Nagymértékben összenyomhatók! Ideális gázok.) A gázrészecskék mozgása véletlenszerű. Avogadro törvény Ideális vagy tökéletes gázok azonos térfogatai azonos hőmérsékleten és nyomáson azonos számú részecskét tartalmaznak standard állapot. 2.) Ütközésük egymással és a tartály falával teljesen rugalmas (nincs lendület és energiaveszteség az ütközés során). 3.) A részecskék közti kölcsönhatások elhanyagolhatók. 4. A legtöbb gáz standard körülmények között ideális gázként viselkedik (majdnem). Amedeo Avogadro (776 856)

Boyle-Marriote: Guy-Lussac I.: Guy-Lussac II.: R Egyesített és ideális gáztörvény Az ideális gáztörvény levezethető a kombinált gáztörvényből és Avogadro törvényéből! p V n Ideális gáztörvény. k=,38*0-23 J/K pv c V c p c p V pv n R pv N k c Egyesített gáztörvény. R 8, 343 J mol K Egyetemes gázállandó (R): megadja azt az energiamennyiséget, amely mol gáz hőmérsékletének Kelvin fokkal való emeléséhez kell. GÁZÖRVÉNYEK I. IZOERM FOLYAMA ESEÉN constant Boyle's law pv constant p V p V 2 2 p constant V ( hyperbola : y ) x GÁZÖRVÉNYEK II. IZOBÁR FOLYAMA ESEÉN GÁZÖRVÉNYEK III. IZOCHOR FOLYAMA ESEÉN p constant Gay - Lussac's I. law V V constant V2 2 V constant Gay - Lussac's II. law p p constant p2 2 Hő ermodinamika Mozgás ERMODINAMIKAI RENDSZER A termodinamika azt írja le, hogyan befolyásolja a hő az anyag állapotát az olyan állapotjelzők révén, minta a térfogat (V), a nyomás (p), a hőmérséklet (), a belső energia (U) stb. Definíció: a termodinamikai rendszer a természet azon makroszkópikus része, amelyet vizsgálni kívánunk. A gáztörvények megadják az összefüggéseket az állapotjelzők között, ha az anyag gáz halmazállapotban van. A gázok kinetikai elmélete mikroszkopikus szempontból írja le a rendszer makroszkopikus jellemzőit. 2

A ERMODINAMIKAI RENDSZER JELLEMZÉSE Makroszkópikus jellemzés: az állapothatározók egyértelműen meghatározzák a rendszer állapotát. ERMODINAMIKAI RENDSZER A határfelületen a rendszer és környezet közötti anyag- és energiacsere valósulhat meg. ERMODINAMIKAI RENDSZER A termodinamikai rendszer kapcsolatban áll a környezettel ERMODINAMIKAI ÁLLAPOHAÁROZÓK A termodinamikai állapothatározók olyan tulajdonságokat határoznak meg, amelyek a rendszert a vizsgált pillanatban egyértelműen jellemzik. A rendszert több részrendszerre osztva megkülönböztethetünk.. Intenzív mennyiségek: azok a mennyiségek, amelyek függetlenek az anyagmennyiségtől (p,, sűrűség). Extenzív mennyiségek: függ az anyagmennyiségtől, additív (V, m, U, Q, n,s) A HŐMENNYISÉG: Q (Joule) Energia csere a termodinamikai rendszer és környezete között, hőmérsékletváltozás, vagy halmazállapot változás jellemzi A hőcsre mechanizmusai (nem termodinamikus esetekben) - vezetés: molekularezgések, a hő a testben részecskéről részecskére terjed - áramlás: folyadék vagy gáz tényleges mozgása szállítja a hőt a melegebb helyről a hidegebb helyre - sugárzás : a hő úgy terjed az egyik helyről a másikra, hogy nem melegíti fel a közbeeső közeget A hő nem termodinamikai tulajdonság, hanem annak változását leíró fizikai paraméter 3

Halmazállapot-változások Látens hő olvadás párolgás Látens hő: a rendszer által a halmazállapotváltozás során elnyelt (vagy leadott) hőmennyiség. Specifikus látens hő (L): a rendszer kg-jára vonatkozó mennyiség. fagyás kicsapódás szilárd folyadék gáz Szilárd: az atomok és molekulák helyzete rögzített, csak rezgőmozgást végezhetnek, kis szabadsági fok és nagyfokú rendezettség jellemzi. Folyadék: az atomok és molekulák helyzete nem rögzített, haladó, forgó és rezgőmozgást is végezhetnek, nagyobb szabadsági fok. Gáz: az atomok és molekulák helyzete nem rögzített, a legnagyobb szabadsági fok és rendezetlenség. A víz fázisdiagramja HŐMÉRSÉKLE NÖVEKEDÉS Q C HŐKAPACÍÁS Q C C J K NINCS HŐMÉRSÉKLE NÖVEKEDÉS Q Lm LÁENS HŐ Q L [ L] m J kg Víz a hármaspontnál (0,0 o C, 0,006 atm). ÉRFOGAI MUNKA A munka az elmozdulásnak (ds) és az erőnek (F) az elmozdulás irányába eső vetületének a szorzata. Egy dugattyúval elzárt, V térfogatú tökéletes gáz térfogatváltozása során fellépő térfogati munka értelmezését mutatja az ábra. Az A felületű dugattyúra p külső nyomás hat, aminek hatására a dugattyú ds távolságra elmozdul, és ez dv = Ads térfogatváltozást okoz. Az állapotváltozás során végzett elemi munka: BELSŐ ENERGIA, U A termikus és a szerkezetből következő, alapállapothoz tartozó energia összegét belső energiának (U) nevezzük. A belső energia állapotfüggvény. Állapotfüggvény: olyan, a rendszert jellemző mennyiség, amelynek értéke adott rendszer esetén kizárólag a rendszer állapotától függ. U= E el +E vibr +E rot +E kin +E egyéb U értéke pontosan nem, csak annak változása határozható meg. 4

BELSŐ ENERGIA ÁLLAPOFÜGGVÉNY. Példa Aĺlapotfu ggveńyek: a rendszer aĺlapothataŕozoínak (fu ggetlen vaĺtozoínak) egyeŕteḱű fu ggveńyei. Az aĺlapotfu ggveńyek vaĺtozaśa csak a rendszer kiindulaśi eś veǵaĺlapota toĺ fu gg; a bejaŕt u ttoĺ fu ggetlen (Hess-te tel). m 3 gáz egy állandó hőmérsékleten tartott, dugattyúval ellátott edényben légköri nyomáson ( atm = 0^5 Pa!) összenyomunk 0,3 m 3 -re. Mekkora a nyomásváltozás? ova bbi aĺlapotfu ggveńyek: entalpia (H), szabadenergia (F), szabadentalpia (G), entroṕia (S) 2. Példa Egy 80 cm 3 20 fokos gázt dugattyúval ellátott edényben légköri nyomáson ( atm = 0^5 Pa!) 60 fokosra melegítünk, mekkora lesz a térfogatváltozás m 3 -ben? ERMIKUS KÖLCSÖNHAÁS Új makroszkópikus kölcsönhatás (a mechanikai kölcsönhatás mellett): hőközlés A hőközlés energiavátozást eredményez Q = U A hőközlés következtében történhet A rendszer felmelegszik, vagy/ és kitágul, halmazállapot változás következik be ERMODINAMIKA FŐÉELEI: 0. FŐÉEL Ha két (A;B)termodinamikai rendszer hőmérsékleti enyensúlyban van, és B egyensúly van C termodinamikai rendszerrel akkor A is egyensúlyban van C-vel. I. FŐÉEL U = Q + W W = p V Egy nyugvó és zárt termodinamikai rendszer belső energiáját, amennyiben annak belsejében nem zajlik le fázisátalakulás vagy kémiai reakció, kétféleképpen lehet megváltoztatni: munkavégzéssel és hőközléssel. Egy rendszer belső energiájának megváltozása egynlő a rendszerrel közölt hő (Q) és a rendszeren végzett munka (W) összegével. 5

Hogyan változik az ideális gáz belső energiája izobár folyamat során? I. Főtétel alkalmazása ideális gázok nyílt folyamatainál.) a gáz kitágul, tehát munkát végez a környezetén (térfogati munka) W pv 2.) a gáz hőmérséklete növekszik, tehát a belső energiája is nő U cp m U Q W W Q Hőhatásfok: a rendszer által végzett munka és a rendszer által felvett hő aránya. Hogyan változik az ideális gáz belső energiája izochor folyamat során?.) a gáz térfogata nem változik, így nincs térfogati munka. W 0 2.) a közölt hő növeli a gáz belső energiáját Q mcv Hogyan változik az ideális gáz belső energiája izoterm folyamat során?.) a gáz kiterjed, így térfogati munkát végez a környezetén. p W R ln p A hőmérséklet állandó marad, így a belső energia nem változik! 2 U Q U Q W 0 Hogyan változik az ideális gáz belső energiája adiabatikus folyamat során?.) nem történik hőközlés. Q 0 IRREVERZIBILIS FOLYAMA A dugattyú hirtelen összenyomása (adiabatikus változás) 2.) a gáz kitágul, így térfogati munkát végez a környezetén, tehát a belső energiája lecsökken. U W Egy rendszer irreverzibilis folyamatot követően is visszatérhet a kezdeti állapotába, de a környezete - az irreverzibilis változás következtében- már nem Az összetett természetes jelenségek irreverzibilisek. 6

REVERZIBILIS FOLYAMAOK: PL.: IDEÁLIS GÁZ IZOERMIKUS KOMPRESSZIÓJA A duggattyú nyomását nagyon kis lépésekben fokozva történik a gáz kompressziója A REVERZIBILIS FOLYAMAOK Belső: a rendszerben történik Külső: a környezetben történik Ha a rendszer végez munkát, akkor a munka megegyezik a rendszer környezetén végzett munkával A folyamat reverzibilis, tehát ciklikus, visszatérhet a kiindulási állapotba A kis lépések eredményezik a folyamat reverzibilitását A reverzibilis folyamatok nagyon lassan, egyensúlyi folyamatokon keresztül zajlanak folyadékokban turbulancia mentesen súrlódásmentesen 38 7

MIK AZOK A ERMODINAMIKAI POENCIÁLFÜGGVÉNYEK? (=ÁLLAPOFÜGGVÉNYEK) Belső energia (U) Entrópia (S) Entalpia (H) Szabadenergia (F) Szabadentalpia (G) Állapot: A rendszer termodinamikai tulajdonságainak összessége. Állapotjelzők: Azon jól mérhető mennyiségek, amelyekkel a rendszer állapota jellemezhető: p, V, pv = nr (állapotegyenlet) Állapotfüggvények: Azon mennyiségek, amelyeknek értéke egyértelmű kapcsolatban van a rendszer állapotával, jellemzi a rendszer állapotát. ENALPIA, H (J) p I. főtétel: ΔU = Q pδv p = konst. p 2 W W összes = W hasznos + W térfogati munkavégzésre fordítható (nem állapotfgv.) I. főtétel: ΔU = Q + W összes = Q + W hasznos + W térfogati W térfogati = -pδv ΔU + pδv = Q + W hasznos V V 2 nem fordítható munkavégzésre Pl.: gázfejlődés, szilárd testek hőtágulása (állapotfüggvény!!!) V ΔU + pδv = ΔH H = U + pv entalpia, hőtartalom H = U + pv extenzív mennyiség U H pv Miért praktikus H? Könnyebb használhatóság: állandó nyomáson nem kell külön figyelni a térfogati munkára, egy kalap alá vesszük a belső energiával állapotfüggvény A földi folyamatok nagy része nyitott edényben, légköri nyomáson mennek végbe: kémiai reakciók, biokémiai folyamatok Ha a folyamatok állandó térfogaton mennek végbe: V = áll. (izochor) ΔU = Q W=0 a közölt hő tisztán a belső energiát növeli! Ha a folyamatok állandó nyomáson mennek végbe: p = áll. (izobar) ΔU = Q pδv ΔU < Q ΔU + pδv = Q = ΔH a közölt hő az entalpiát növeli! I.főtétellel ekvivalens alak: ΔH = Q + W h Ha biológiai rendszerek térfogati munkája elhanyagolható, ilyenkor: ΔH ΔU Absz. értéke nem ismerhető (mint U), de a gyakorlati életben a megváltozása az, ami informatív Állandó nyomáson Q a folyamatok reakcióhője, Q = ΔH ΔH = reakcióhő (pl. átalakulási hő: olvadáshő, párolgáshő, oldáshő, elegyedési hő) 8